工業(yè)機器人應用編程（KUKA初級） 課件 項目四 激光雕刻應用編程

項目四激光雕刻應用編程公司簡介匯博工業(yè)CATALOGUE一學習目標公司簡介CATALOGUE目錄四知識拓展二工作任務五評價反饋三實踐操作六練習與思考題1．掌握機器人I/O控制方法；2．了解KUKA機器人變量類型，掌握變量建立方法；3．掌握機器人程序備份方法；4．掌握工業(yè)機器人激光雕刻應用的編程。一、學習目標一、工作任務的背景近年來，國內(nèi)外已大量使用數(shù)控銑床雕刻大理石、花崗石、木材等工藝品，可在平面工件上雕刻各種花紋、文字和圖像，提高了立體工藝品的生產(chǎn)效率。但是，數(shù)控銑床制作立體工藝品時，不能確保刻刀軸線恒垂直于工件待成型表面的工藝要求，影響加工效果，并產(chǎn)生較大的徑向力，致使刀具磨損加快。因此，使用多關(guān)節(jié)式機器人加工工藝品，克服了數(shù)控銑床的缺點，確保立體工藝品的加工質(zhì)量。工業(yè)機器人雕刻立體工藝品如圖4-1所示。圖4-1工業(yè)機器人雕刻立體工藝品二、工作任務二、所需要的設備工業(yè)機器人激光雕刻系統(tǒng)涉及的主要設備包括：工業(yè)機器人應用領域一體化教學創(chuàng)新平臺（BNRT-IRAP-KR4）、KUKA-KR4型工業(yè)機器人本體、電源、控制器、示教器、氣泵和激光筆工具，如圖4-2所示。

電源

控制器

示教器KR4

雕刻模塊

激光筆

氣泵圖4-2激光雕刻應用所需設備二、工作任務三、任務描述將弧形雕刻模塊安裝在工作臺指定位置，在工業(yè)機器人末端手動安裝激光筆工具，按照圖4-3所示路徑進行雕刻（雕刻軌跡不唯一，也可自行規(guī)劃雕刻線路）。利用示教器進行現(xiàn)場操作編程，按下啟動按鈕后，工業(yè)機器人自動從工作原點開始執(zhí)行雕刻任務，雕刻完成后工業(yè)機器人返回工作原點。機器人在執(zhí)行雕刻程序時激光筆與工件保持20mm距離，且保持垂直于雕刻面，紅色激光點應落在雕刻軌跡內(nèi)。本任務需要完成I/O配置、變量創(chuàng)建、目標點示教、程序編寫及調(diào)試等。圖4-3雕刻路徑示意二、工作任務通過控制機器人I/O可實現(xiàn)末端執(zhí)行器的開閉。控制機器人I/O的方法包括以下步驟，如表4-1所示。表4-1機器人I/O控制方法一、知識儲備

1.機器人I/O控制方法三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作2.工業(yè)機器人變量類型及建立方法1）工業(yè)機器人變量在KRL語言編程中，變量分為局部變量和全局變量。全局變量建立在系統(tǒng)文件中，適用于所有程序。局部變量建立在子程序中，僅適用于局部變量建立的子程序，工業(yè)機器人變量如表4-2所示。表4-2工業(yè)機器人變量表三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作2）工業(yè)機器人變量建立方法KUKA-KR4工業(yè)機器人變量的建立方法包括以下步驟，如表4-3所示。表4-3KUKA-KR4工業(yè)機器人變量的建立方法三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作程序備份方法包括以下步驟，如表4-4所示。表4-4程序備份方法3.程序備份方法三、實踐操作三、實踐操作4.程序運行方式在狀態(tài)欄中單擊【程序運行方式】按鈕，選擇所需的程序運行方式，如圖4-4所示。圖4-4狀態(tài)顯示程序運行方式的圖標及說明，如表4-5所示。三、實踐操作表4-5程序運行方式二、任務實施1.運動軌跡規(guī)劃在工業(yè)機器人進行正式雕刻之前，需要規(guī)劃好雕刻的軌跡路徑，如圖4-5所示，示教點依次為（1）（2）（3）…（13），其中（1）在（2）的正上方約50mm。圖4-5運動軌跡規(guī)劃三、實踐操作2.手動安裝激光筆工具手動安裝激光筆工具的操作方法包括以下步驟，如表4-6所示。表4-6手動安裝激光筆工具三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作3.示教編程激光雕刻模塊的示教編程包括以下步驟，如表4-7所示。表4-7激光雕刻模塊示教編程三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作4.程序調(diào)試與運行檢查程序的位置點是否正確；檢查程序的邏輯控制是否完善；檢查子程序的輸入?yún)?shù)是否合理。（2）程序調(diào)試1）加載程序編程完成后，保存的程序必須加載到內(nèi)存中才能運行，選擇“diaoke”程序文件，單擊示教器下方【選定】按鈕，完成程序的加載，如圖4-6所示。圖4-6加載程序三、實踐操作2）試運行程序程序加載后，程序執(zhí)行的藍色指示箭頭位于初始行。使示教器白色“使能鍵”保持在“中間檔”，按住示教器左側(cè)綠色三角形正向運行鍵“”或示教器背后綠色啟動按鈕，狀態(tài)欄運行鍵“R”和程序內(nèi)部運行狀態(tài)文字說明為“綠色”，則表示程序開始試運行，藍色指示箭頭依次下移，如圖4-7所示。圖4-7程序開始運行三、實踐操作當藍色指示箭頭移至第4行PTP命令行時，彈出“BCO”提示信息，單擊【OK】或【全部OK】按鈕，繼續(xù)試運行程序，如圖4-8所示。圖4-8“BCO”提示信息三、實踐操作三、實踐操作一、工業(yè)機器人雕刻示例機器人雕刻運動分為三個模塊，詳細規(guī)劃如圖4-9所示：規(guī)劃模塊：根據(jù)雕刻的任務要求生成相應的運動軌跡;控制模塊：控制機器人運行速度，調(diào)整雕刻時切削力的大小,執(zhí)行模塊：輸出機器人實際雕刻時運動軌跡和雕刻力。圖4-9雕刻運動模塊規(guī)劃四、知識拓展工業(yè)機器人在雕刻加工領域已經(jīng)有所應用，機器人公司KUKA、ABB等都生產(chǎn)用于石材制品加工的工業(yè)機器人，可以對大理石、花崗巖進行雕刻、鍋切、統(tǒng)削和搬運等操作，用于石材雕刻加工的機器人的結(jié)構(gòu)形式以關(guān)節(jié)式為主，自由度為5至6個。這些公司生產(chǎn)的石材制品加工機器人是以其高載荷機器人為主體，末端執(zhí)行器為與加工中心相同的電主軸，再配以用于石材加工的切削刀具，這樣便可以實現(xiàn)像加工中心一樣的切削、換刀等功能，如圖4-10所示。將工業(yè)機器人轉(zhuǎn)化為一臺類似于5-6軸聯(lián)動的加工中心，同時靈活性卻跟工業(yè)機器人一樣高，可以完成加工中心不能完成的切削加工。結(jié)合加工軌跡的生成和機器人軌跡規(guī)劃程序生成用于機器人的數(shù)控程序，完成相應的切削加工。圖4-10雕刻機器人四、知識拓展青島理工大學機械學院孔凡斌等設計一種可以加工復雜曲面的6R雕刻機器人，如圖6-11所示。機器人采用端銑刀，運用泰勒和坐標變換方法計算出切削點、刀具方向以及末端執(zhí)行器逆運動變換，完成NURBS曲面刀路軌跡規(guī)劃，刀具以恒定速度進行切削，保證了加工質(zhì)量和效率。四、知識拓展二、切削力產(chǎn)生工業(yè)機器人切削的本質(zhì)是，待加工工件在末端銑刀的擠壓作用下產(chǎn)生了形變。在這個形變的過程受到切削力的作用，使得多余切屑發(fā)生了脫落。此時，切削力的主要來源于加工工件內(nèi)部所產(chǎn)生的變形阻力和切削時銑刀刀刃與切屑之間所產(chǎn)生的摩擦阻力。在機器人雕刻正交切削過程中，如圖4-12所示，形變的區(qū)域按照塑性變形特性將其劃分為3個區(qū)域：剪切滑移變形區(qū)，纖維化變形區(qū)，纖維化與加工硬化變形區(qū)。四、知識拓展1．剪切滑移變形區(qū)：該區(qū)域表示材料由彈性變形轉(zhuǎn)為塑形變形，即由AB到AC的這一段區(qū)域,用AB線來表示初始滑移線,該區(qū)域?qū)挾燃s為0.02-0.2mm。隨著末端銑刀對加工材料進行切削，受刀具擠壓作用，工件從AB線處開始產(chǎn)生應力應變，當?shù)竭_AC線處應力應變則達到最大值，切削開始從工件上面發(fā)生脫落。2．纖維化變形區(qū)：該區(qū)域材料與銑刀前刀刃緊密接觸，近似為一個面。雕刻時的進給速度及刀具參數(shù)都會影響到切屑與刀刃之間的摩擦力，由于該摩擦力的存在使得待脫落的切削纖維化并在銑刀刃上面發(fā)生滯留，在較短時間里這些滯留的材料塑形變形會急速增加直至脫離加工工件。3．纖維化與加工硬化變形區(qū)：該區(qū)域是末端銑刀雕刻過后產(chǎn)生的，有摩擦應力的存在。在機器人雕刻過程中，己加工的表面與末端銑刀刀尖產(chǎn)生摩擦力，雕刻時的進給速度越慢，其產(chǎn)生的摩擦力就越大。以上三個變形的區(qū)域都集中在末端銑刀刃附近，相互聯(lián)系,末端銑刀所受切削力的大小由這三個區(qū)域受力情況共同影響。四、知識拓展基本素養(yǎng)（30分）序號評估內(nèi)容自評互評師評1紀律（無遲到、早退、曠課）（10分）

2安全規(guī)范操作（10分）

3團結(jié)協(xié)作能力、溝通能力（10分）

理論知識（30分）序號評估內(nèi)容自評互評師評1工業(yè)機器人I/O控制指令的內(nèi)容(10分)

2工業(yè)機器人常用變量（10分）

3工業(yè)機器人變量分類（5分）

4工業(yè)機器人的運動方式（5分）

綜合評價五、評價反饋五、評價反饋二、簡答題1.簡述機器人雕刻運動分為幾個模塊，及每個模塊的作用。

2.提出用關(guān)節(jié)式機器人來加工工藝品，它可以完全克服數(shù)控銑床的什么缺點？一、填空題1.在KRL語言編程中變量可劃分為______和______。2.________直接影響到工件的尺寸精度、表面粗糙度以及刀具的使用壽命。3.________的建立有助于工作人員對雕刻工件所受力情況進行實時預測，以及為研究其他物理信息提供了理論基礎。4.機器人雕刻運動分為________個模塊。六、練習與思考題二、簡答題1.機器人雕刻運動分為三個模塊規(guī)劃模塊：根據(jù)雕刻的任務要求生成相應的運動軌跡;控制模塊：控制機器人運行速度，